[发明专利]一种自冷却活塞式压缩机

说明书

本发明为一种自冷却活塞式压缩机，外壳采用变截面设计，安装两个气缸，同时与活塞和进排气单向阀配合形成两套气体压缩系统，一套气体压缩系统用来压缩气体对外输出高压气体，另一套气体压缩系统通过吸排气产生气流，且此气流流经产生压缩气体的气缸外壁，对气缸进行强迫对流换热，同时对气缸结构进行改进增强其散热能力，这样压缩机在输出高压气体的同时实现了风冷自冷却。不但大大降低了压缩机的温升速度，工作效率得到明显提升，持续工作时间延长，且结构紧凑，可靠性也得到大幅提高，同时也为高压压缩机实现微型化设计提供了实现条件。

技术领域

本发明涉及活塞式压缩机领域，尤其适用于微型高压压缩机领域。

背景技术

活塞式压缩机是一种容积式压缩机，依靠活塞在气缸内往复直线运动改变气体工作容积从而完成气体压缩输出高压气体。活塞式压缩机可以通过单级或多级压缩能够满足多种压力和气量的需求，因此在航空航天、石油化工、采矿冶金等多个领域等到广泛应用。活塞式压缩机作为一种容积式压缩机，气体在压缩过程中会伴随产生大量的热量，尤其是在高压压缩机中，在经过多级压缩之后，气体因压缩而产生的热量急剧增大，如果不能够及时散掉，压缩机中气缸的温度会迅速升高，这不仅会造成压缩效率迅速降低，而且气缸和活塞因热变形不协调而造成泄漏量增大或者卡死等机械故障，这不仅会造成压缩机有效工作时间下降，而且压缩机的可靠性和寿命降低。而目前高压活塞式压缩机一般采用水冷的冷却方式，而水冷装置的重量和体积是压缩机的几倍甚至几十倍，而且因水冷而消耗的能量是压缩功率的几倍甚至十几倍，这不仅造成消耗能源增多，使用维护复杂，而且因体积和重量限制了高压压缩机在很多重要领域的应用。因此，研制出结构紧凑且高效可靠的活塞式压缩机，是实现其微型化设计的关键所在，而且这将极大的拓展其应用领域。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种自冷却活塞式压缩机，压缩机活塞在往复运动压缩气体的同时产生气流实现对气缸强迫对流换热，从而实现风冷自冷却。这不仅克服了传统活塞式压缩机升温速度快、工作周期短等缺点，而且使得高压压缩机实现微型化设计成为可能。

为实现上述目的，本发明为一种自冷却活塞压缩机，包括：壳体、压缩用气缸、压缩用活塞、进气单向阀、排气单向阀、冷却用活塞、冷却用气缸、冷却进气单向阀、冷却排气单向阀。压缩用气缸、压缩用活塞、进气单向阀和排气单向阀形成一套气体压缩系统主要用来输出高压气体，这样在气体压缩过程中会产生大量的热量导致压缩用气缸温度升高。冷却用活塞、冷却用气缸、冷却进气单向阀和冷却排气单向阀通过吸排气产生气流，实现对压缩用气缸的风冷冷却。这样压缩机在压缩气体的同时也产生了气流实现对压缩机的风冷冷却，从而将压缩机的温升速度大大降低，提高其有效工作时间。

壳体采用变截面式设计形成小直径内腔和大直径内腔，可以同时安装两个气缸，小直径内腔中安装压缩用气缸，压缩用气缸和外壳形成冷却气体流道，压缩用气缸中安装压缩用活塞，通过压缩用活塞的往复运动压缩气体。大直径内腔体中安装冷却用气缸，冷却用气缸中安装冷却用活塞，通过冷却用活塞的往复直线运动吸入和排出气体形成气流，此气流流经压缩用气缸外壁，对压缩用气缸进行强迫对流换热，从而实现对压缩用气缸风冷冷却。压缩用活塞和冷却用活塞通过螺纹连接形成一个整体，外部驱动装置通过曲柄连杆、曲轴、斜盘、丝杠等机械结构将电机的旋转运动转换为直线运动驱动压缩用活塞和冷却用活塞实现同步往复直线运动。冷却进气单向阀和冷却排气单向阀作安装在压缩用气缸和冷却用气缸之间，与冷却用活塞的往复直线运动配合通过吸排气形成气体的定向流动，从而形成冷却气流。

自冷却活塞式压缩机工作过程：压缩用活塞和冷却用活塞在外部驱动装置的作用下远离配流盘时，压缩用气缸吸气，此时气体流经冷却气体流道然后进入冷却用气缸中，由于冷却用气缸直径比较大，吸气流量较大，而冷却气体流道较窄，因此流经冷却气体流道的气体流速较快，从而实现对压缩用气缸的强迫对流换热；当压缩用活塞和冷却用活塞在外部驱动装置的作用下接近配流盘时，压缩用气缸压缩气体并排除高压气体，此时冷却用气缸的排出的气体流经冷却气体流道然后排入大气中，这样也通过强迫对流换热对压缩用气缸散热。